Một máy bơm sạc có thể hiệu quả 100%, với các thành phần lý tưởng?

Một câu hỏi gần đây về việc sạc theo chu kỳ một tụ điện nhắc nhở tôi về những điều tôi đã đọc một lần. Như tôi nhớ, nó đã chứng minh rằng không thể xây dựng một máy bơm sạc hiệu suất 100% với các thành phần lý tưởng, nhưng có thể xây dựng một bộ chuyển đổi tăng hiệu suất 100% với một cuộn cảm nếu các thành phần là lý tưởng.

Điều này có cộng hưởng (không có ý định chơi chữ) với bất kỳ ai khác không? Bất kỳ cách nào để chứng minh hoặc bác bỏ sự thật của điều này?

Để rõ ràng: chúng tôi đang giả định rằng chúng tôi có các thành phần lý tưởng . Tôi nhận ra không có mạch thực sự sẽ hiệu quả 100% với các thành phần thực. Điốt có thể giảm điện áp bằng không. Các bóng bán dẫn có thể là công tắc lý tưởng không tốn năng lượng để thay đổi trạng thái. Dây có thể có điện trở bằng không.

Đó là tất cả về nhị nguyên. Với các thành phần lý tưởng, bạn có thể tạo bộ chuyển đổi điện áp loại SMPS lý tưởng (= sử dụng cuộn cảm để thực hiện công việc). Bạn không thể tạo ra một bộ chuyển đổi điện áp lý tưởng bằng cách sử dụng các tụ điện chuyển đổi (bay). Đó không phải là vũ trụ không công bằng đối với các tụ điện: bạn có thể tạo ra một bộ chuyển đổi dòng điện lý tưởng bằng cách sử dụng các tụ điện chuyển đổi, điều này là không thể khi sử dụng cuộn cảm.

Tôi không thể làm toán ra khỏi đầu, nhưng vấn đề với tụ điện và nguồn điện áp là như thế này: lấy nguồn điện áp có trở kháng nguồn nhất định (= điện trở nối tiếp). Kết nối một tụ điện với nó và tải nó trong một thời gian vô hạn (bất kỳ thời gian hữu hạn nào cũng sẽ làm như vậy). Tính lượng năng lượng bị mất trong điện trở nối tiếp là hàm của điện trở. Bây giờ về mặt toán học, giới hạn của công thức đó là hai mức kháng cự bằng không. Bạn sẽ thấy rằng sự mất năng lượng sẽ giữ nguyên. Theo trực giác, điều này là do điện trở nhỏ hơn gây ra dòng tải ban đầu cao hơn và do đó tổn thất RI ² cao hơn .

Tóm tắt quản lý: Bạn không thể kết nối nguồn điện áp lý tưởng với tụ điện, bởi vì điều đó sẽ dẫn đến một dòng điện vô hạn không thể tự nó và sẽ gây ra một từ trường vô hạn sẽ phá hủy vũ trụ (đùa thôi, hãy nhớ rằng đây là quản lý tóm lược). Nhưng bạn có thể tiếp cận lý tưởng này gần như bạn muốn, và kết quả sẽ vẫn như vậy: một lượng năng lượng cố định bị mất trong khi sạc tụ điện. Do đó: xin lỗi ông chủ, không có bộ chuyển đổi điện áp tụ điện lý tưởng.

Một bơm sạc không có cuộn cảm có thể hoạt động hiệu quả 100% khi cấp nguồn cho điện áp không đổi từ nguồn điện áp không đổi. Một bơm tích điện không có cuộn cảm được chế tạo với các thành phần lý tưởng có thể hiệu quả 100% nếu các dạng sóng điện áp và dòng điện nguồn có mối quan hệ đúng đắn với các dạng sóng điện áp và dòng điện tải. Có thể cả nguồn hoặc điện áp tải là DC không đổi, nhưng không phải cả hai (ngoại trừ trong trường hợp tầm thường khi cả hai điện áp đều giống nhau và bơm sạc không phải làm gì cả).

Lưu ý: một máy bơm sạc có nguồn điện bên trong có thể hiệu quả 100% khi chuyển đổi nguồn điện đầu vào từ nguồn điện áp không đổi sang tải điện áp không đổi bên ngoài, với bất kỳ năng lượng nào được lấy từ nguồn dòng bên trong trong một chu kỳ Thay thế tiếp theo. Mặt khác, một nguồn hiện tại như vậy chỉ đơn giản là thay thế cho một cuộn cảm.

Đối với một bộ chuyển đổi tăng, bạn có thể thiết kế một bộ với các thành phần lý tưởng hóa và tất cả các phương trình vẫn có ý nghĩa, điện áp và dòng điện vẫn là hữu hạn. Từ các điện áp và dòng điện này, bạn có được hiệu suất 100%.

Một máy bơm tích điện có điện trở không bằng 0 đơn giản là không thể phân tích theo cách này Cố gắng làm như vậy dẫn đến câu trả lời vô lý. Điều gì xảy ra khi bạn kết nối một tụ điện hoàn hảo với một nguồn điện áp hoàn hảo thông qua một công tắc hoàn hảo? Cố gắng tính kết quả hiện tại trong một nhà tù bằng không. Vấn đề tương tự áp dụng để kết nối hai tụ điện hoàn hảo.

Hãy nói rằng chúng ta có một tụ điện được nạp vào một điện áp nhất định và kết nối nó với một nguồn điện áp của điện áp cao hơn thông qua một điện trở. Bây giờ hãy giả sử rằng chúng ta để nó sạc đầy (bỏ qua một lúc rằng làm như vậy sẽ mất thời gian vô hạn). Chúng tôi thấy rằng việc thay đổi giá trị của điện trở không làm thay đổi hiệu suất, tổng năng lượng rút ra từ nguồn điện áp vẫn giữ nguyên. Tuy nhiên, hiệu quả phụ thuộc vào tỷ lệ giữa điện áp khởi động của tụ điện và điện áp của nguồn điện áp. Chênh lệch điện áp nhỏ hơn dẫn đến hiệu suất cao hơn có xu hướng 100% khi chênh lệch điện áp có xu hướng bằng không.

Trong bơm sạc của chúng tôi không có thời gian sạc / xả vô hạn nên điện trở ảnh hưởng đến hiệu quả nhưng vì điện trở có xu hướng hiệu quả bằng không (đối với chênh lệch điện áp hữu hạn) có xu hướng về số hữu hạn dưới 100%.

Điện tích truyền trên mỗi chu kỳ chuyển mạch có liên quan đến sự thay đổi điện áp trên tụ điện bằng điện dung. Để chuyển một dòng trung bình hữu hạn sang tải, chúng ta cần phải truyền một khoản phí hữu hạn cho mỗi chu kỳ hoặc chúng ta cần phải có một số lượng chu kỳ vô hạn.

Vì vậy, làm cho máy bơm sạc hiệu quả 100% của bạn sẽ cần một tụ điện cực lớn hoặc tần số chuyển mạch cao vô hạn.

Vâng, nó thực sự phụ thuộc vào việc chúng ta đi bao xa với "các thành phần lý tưởng". Nếu điốt có điện áp chuyển tiếp giảm 0 volt, thì các BJT có ngưỡng cơ bản là 0 volt, độ bão hòa 0volts và mức tăng dòng vô hạn, và FET có ngưỡng cổng 0volts và Rds 0 ohms thì rất có thể nó sẽ rất có thể có thể nhận ra một máy bơm thay đổi hiệu quả 100%.

Ngay cả trong trường hợp bộ chuyển đổi tăng tốc, nó sẽ không hiệu quả 100% trừ khi công tắc FET và diode flyback là lý tưởng theo nghĩa mà tôi đã mô tả ở trên. Tương tự, cuộn cảm phải có DC _R bằng 0.